압축 테스트란 무엇이며 기계는 어떻게 작동합니까?

압축 테스트는 압착력 하에서 거동을 측정하기 위해 재료나 부품에 제어된 압축 하중을 가하는 기계적 테스트 방법입니다. 압축강도, 변형특성, 파손점 . 에이 압축 시험기 (압축 모드의 압축 시험기 또는 만능 시험기라고도 함)은 이 하중을 정확하게 전달하고 측정합니다. 결과는 재료가 의도한 용도에 맞게 충분히 강하고, 충분히 강하고, 연성이 있는지 엔지니어에게 알려줍니다.

압축 테스트가 실제로 측정하는 것

시편에 압축력이 가해지면 재료는 측정 가능한 방식으로 반응합니다. 압축 테스트는 여러 가지 주요 기계적 특성을 동시에 포착합니다.

• 압축 강도: 재료가 파손되기 전에 견딜 수 있는 최대 응력으로, MPa 또는 psi로 표시됩니다. 예를 들어 콘크리트는 일반적으로 다음과 같은 압축강도를 갖습니다. 20~40MPa 표준 구조 등급용.
• 압축 항복 강도: 재료가 파손되지 않고 영구적으로 변형되기 시작하는 응력은 금속과 폴리머에 매우 중요합니다.
• 압축 영률(탄성률): 탄성 영역의 변형률에 대한 응력의 비율로 강성을 나타냅니다.
• 파손 시 변형 및 변형: 부서지기 전에 시편이 압축되는 정도는 취성 또는 연성을 나타냅니다.
• 파쇄 하중 및 에너지 흡수: 포장 및 자동차 충돌 부품의 경우 구조물이 붕괴되기 전에 흡수하는 힘과 에너지의 양.

테스트는 응력-변형 곡선 — 결과 변형에 대한 적용된 응력을 나타내는 그래프 — 이는 엔지니어가 설계 검증 및 재료 검증에 사용하는 주요 출력입니다.

압축 시험기의 작동 원리

압축 시험기는 두 개의 단단한 압반 사이에 고정된 시편에 측정된 힘을 증가시켜 적용합니다. 핵심 작동 원리는 간단합니다. 하나의 압반은 고정되어 있고 다른 압반은 제어된 속도로 그쪽으로 이동하여 그 사이에 시편을 압착합니다. 로드 셀은 가해진 힘을 실시간으로 측정합니다. 변위 변환기 또는 신율계는 시편 높이의 변화를 측정합니다.

압축 시험기의 주요 구성 요소

• 로드 프레임: 구조적 백본(일반적으로 강철 기둥 또는 4포스트 프레임)은 편향 없이 반력을 흡수할 수 있을 만큼 견고해야 합니다. 프레임 강성은 결과 정확도에 직접적인 영향을 미칩니다.
• 액추에이터(크로스헤드): 압축력을 가하는 이동요소. 기계 유형에 따라 유압 피스톤, 전자 기계식 볼 스크류 또는 서보 모터로 구동됩니다.
• 로드셀: 적용된 하중을 측정하는 정밀 힘 변환기입니다. 일반적인 정확도는 표시부하의 ±0.5% ISO 7500-1 클래스 1 교정에 따라.
• 압축 플래튼: 시편과 접촉하는 경화 강판(일반적으로 HRC 60 ). 자동 정렬 구형 시트 플래튼은 시편 표면이 완벽하게 평행하지 않은 경우에도 균일한 하중 분포를 보장합니다.
• 변위 측정 시스템: 크로스헤드 위치 인코더 또는 클립형 신율계는 변형을 추적하여 ±0.001mm 분해능 정밀 기계에.
• 제어 시스템 및 소프트웨어: 현대 기계는 폐쇄 루프 서보 제어를 사용하여 일정한 크로스헤드 속도(변위 제어) 또는 일정한 부하율(부하 제어)을 유지합니다. 소프트웨어는 데이터를 기록하고 응력-변형 곡선을 자동으로 생성합니다.

유압식 및 전자 기계식 압축 테스터

두 가지 주요 드라이브 기술은 기능과 적용 분야에서 크게 다릅니다.

표준 압축 테스트 절차

대부분의 압축 테스트는 재료나 기계 유형에 관계없이 표준화된 순서를 따릅니다. 특히 표본 준비 과정에서 절차를 벗어나는 것은 부정확한 결과의 주요 원인입니다.

1. 표본 준비: 시편을 필요한 형상으로 가공합니다. 금속의 경우 ASTM E9는 다음과 같은 높이 대 직경 비율을 지정합니다. 1:1 ~ 3:1 . 콘크리트 큐브의 경우 BS EN 12390-3은 표면이 0.05mm 이내로 편평하게 연마된 150mm × 150mm × 150mm 시편을 요구합니다.
2. 치수 측정: 단면적을 측정하여 응력을 계산합니다(힘 ¼ 면적). 직경 측정에서 1% 오류가 발생하면 보고된 압축 강도에서 2% 오류가 발생합니다.
3. 기계 설정: 적절한 로드 셀 범위를 선택합니다(시편 파손 하중은 최고의 정확도를 위해 전체 눈금의 20%~80% 사이여야 합니다). 무부하 오프셋을 교정합니다.
4. 표본 배치: 시편을 하부 압반 중앙에 놓습니다. 정렬 불량은 편심 하중을 생성하여 인위적으로 낮은 결과와 비대칭 실패 모드를 생성합니다.
5. 윤활(필요한 경우): 일부 표준에서는 마찰로 인한 측면 구속을 줄이기 위해 압반에 윤활제가 필요하며, 이는 겉보기 강도를 인위적으로 10~20% 증가시킬 수 있습니다.
6. 테스트 실행: 지정된 속도로 하중을 적용합니다. 콘크리트에 대한 ASTM C39는 다음과 같이 규정합니다. 0.25±0.05MPa/s . 로딩 속도가 높을수록 겉보기 강도가 높아집니다.
7. 데이터 캡처 및 분석: 힘과 변위를 지속적으로 기록합니다. 소프트웨어는 최대 응력, 항복점, 탄성 계수 및 파손 에너지를 자동으로 계산합니다.

압축 테스트의 주요 산업 및 응용 분야

압축 테스트는 다양한 부문에 걸쳐 기본이며 각 부문에는 특정 표준과 요구 사항이 있습니다.

건설 및 토목공학

콘크리트 압축 시험은 세계에서 가장 자주 수행되는 기계적 시험입니다. 모든 구조 콘크리트 타설에는 다음과 같은 큐브 또는 실린더 테스트가 필요합니다. ASTM C39 또는 BS EN 12390-3 하중을 가하기 전에 지정된 설계 강도(f'c)가 달성되었는지 확인합니다. 일반적인 고층 프로젝트에서는 다음을 테스트할 수 있습니다. 층당 수백 개의 표본 . 터널링 및 기초 설계를 위한 암석 역학 테스트도 ISRM 표준에 따른 단축 압축 테스트에 의존합니다.

금속 및 합금

인장 시험이 금속 인증을 지배하는 반면, 압축 시험은 인장보다 압축이 더 강한 취성 금속(회주철, 초경합금)과 단조 및 압연과 같은 벌크 성형 공정을 특성화하는 데 필수적입니다. 항공우주 알루미늄 합금은 다음에 따라 압축 테스트를 거쳤습니다. ASTM E9 성형 시뮬레이션을 검증합니다.

폴리머, 폼 및 고무

자동차 좌석, 포장 및 단열재에 사용되는 폴리우레탄 폼은 다음과 같이 테스트되었습니다. ASTM D1621 압축 강도와 25% 압축 편향력(CLD)을 측정합니다. 방진 장치에 사용되는 고무 화합물은 서비스 하중 하에서 강성을 확인하기 위해 압축 테스트를 거쳤습니다. 이 테스트에서는 매우 낮은 속도(1~10mm/min)의 전기 기계 기계를 사용합니다.

제약 및 식품 산업

압축 테스트의 한 형태인 정제 경도 테스트는 정제가 부서지지 않고 포장 및 취급 시에도 살아남으면서 체내에서 올바르게 용해되는지 확인하기 위해 모든 제약 배치에 필요합니다. 목표 경도 값은 일반적으로 다음 사이에 속합니다. 4 및 40kP(킬로폰드) . 음식 질감 분석은 소형 압축 프로브를 사용하여 치즈부터 비스킷까지 제품의 바삭함, 단단함, 씹는 맛을 측정합니다.

포장

박스 압축 테스트(BCT) ASTM D642 골판지 상자의 적층 강도, 즉 상자가 접힐 때까지 견딜 수 있는 최대 하중을 측정합니다. 이는 창고나 배송 컨테이너에 얼마나 많은 상자를 쌓을 수 있는지 직접적으로 결정합니다. 일반적인 소매용 골판지 상자는 다음을 견뎌야 합니다. 300~1,000파운드 압축력의.

산업별 공통 압축 테스트 표준

압축 테스트와 인장 테스트: 언제 어느 것을 사용해야 할까요?

두 테스트 모두 기계적 동작을 특성화하지만 서로 다른 고장 모드를 조사합니다. 일부 재료는 인장과 압축에서 매우 다르게 거동하므로 올바르게 선택하는 것이 중요합니다.

• 콘크리트 인장강도만 가지고 압축강도의 10% — 이것이 바로 강철 보강재가 추가되는 이유입니다. 압축 테스트는 주요 특성화 방법입니다.
• 주철 인장보다 압축이 3~4배 더 강합니다. 압축 강도 값은 기둥 및 지지 표면 설계에 사용됩니다.
• 구조용 강철 인장 및 압축 항복 강도가 거의 동일하지만 인장 시험이 표준 인증 방법입니다(ASTM A370).
• 거품 주요 서비스 부하가 늘어나는 것이 아니라 압축되는 것이기 때문에 거의 전적으로 압축이 특징입니다.
• 복합재 종종 두 가지가 모두 필요합니다. 탄소 섬유 라미네이트는 압축 강도를 가질 수 있습니다. 인장강도보다 40~60% 낮음 섬유 마이크로 버클링으로 인해.

올바른 압축 시험기 선택

올바른 기계는 5가지 주요 매개변수에 따라 달라집니다. 그중 하나, 특히 부하 용량을 잘못 지정하면 부정확한 결과가 나오거나 안전 위험이 발생할 수 있습니다.

부하 용량

예상되는 최대 부하가 다음 사이에 해당하는 머신을 선택하세요. 기계 전체 용량의 20% 및 80% . 2,000kN 콘크리트 프레스에서 50kN 시편을 테스트하면 자본이 낭비되고 해상도가 감소합니다. 500kN 기계에서 1,500kN 콘크리트 큐브를 테스트하면 치명적인 오류가 발생할 위험이 있습니다.

압반 크기 및 형상

압반은 시편의 단면적보다 커야 합니다. 콘크리트 시험기는 일반적으로 사용됩니다. 최소 200mm × 200mm 플래튼 ; 거품 테스트에는 50mm × 50mm 또는 원형 프로브를 사용할 수 있습니다. 하나의 플래튼에는 약간의 표면 비평행성을 수용할 수 있는 구형 자동 정렬 시트가 포함되어야 합니다.

크로스헤드 속도 범위

기계의 속도 범위가 필요한 테스트 표준을 충족하는지 확인하십시오. 폴리머 및 폼 테스트에는 다음과 같은 낮은 속도가 필요할 수 있습니다. 1mm/분 ; 충격 압축 테스트에서는 1,000mm/min 이상의 속도를 사용합니다. 대부분의 표준 전자 기계 기계는 다음과 같습니다. 0.001~500mm/분 .

환경 챔버 호환성

높은 온도 또는 주변 온도보다 낮은 온도에서 테스트해야 하는 경우 기계 프레임 구조가 온도 챔버를 수용하는지, 로드 셀이 필요한 온도 범위에 맞는지 확인하십시오.

교정 및 규정 준수 요구 사항

품질이 중요한 응용 분야(구조용 콘크리트, 항공우주, 제약)의 경우 추적 가능한 국가 표준에 따라 기계를 교정해야 합니다. ISO 7500-1 클래스 1 교정(±1% 정확도)은 대부분의 구조적 응용 분야에서 최소입니다. 정밀재료 연구에는 클래스 0.5(±0.5%)가 필요합니다. 일반적으로 교정이 필요합니다. 매년 또는 500시간 작동마다 , 둘 중 먼저 오는 것.

압축 테스트 오류의 주요 원인

오류가 어디서 발생하는지 이해하면 실험실에서 오류를 체계적으로 제어할 수 있습니다. 가장 영향력 있는 오류 원인은 다음과 같습니다.

• 평행하지 않은 표본 표면: 1° 기울어지면 측정된 강도를 다음과 같이 줄일 수 있는 응력 집중이 생성됩니다. 15~25% . 금속 및 콘크리트에는 0.05mm 이내의 엔드 그라인딩이 필수적입니다.
• 시편과 압반 사이의 마찰: 금속 시편의 윤활되지 않은 강철 플래튼은 측면 팽창을 인위적으로 제한하여 겉보기 강도를 팽창시키는 "배럴링" 효과를 생성합니다.
• 잘못된 로딩 속도: 로딩이 빠르면 강도가 높아집니다. 로딩 속도 지정된 비율의 10배 보고된 콘크리트의 압축 강도를 5~10%까지 증가시킬 수 있습니다.
• 교정되지 않은 로드셀: 로드 셀 영점 오프셋 또는 스팬의 드리프트는 주기적인 교정 없이는 보이지 않습니다. 2% 범위 오류는 보고된 모든 값의 2% 오류로 직접 변환됩니다.
• 표본 편심: 시편을 중심에서 5mm만 벗어나도 실제 압축 동작을 가리는 굽힘 모멘트가 발생합니다.